2000年電廠自動化設計展望

徐繼剛

【摘要】從電力設計的角度，闡述了2000年電廠自動化設計中遇到的問題和發展趨勢，包括現場總線的應用、分散控制系統(DCS)的物理分散和軟件優化、常用輔助系統的集中控制等。指出設計的關鍵是擴大集散控制系統的規模和進一步開發潛力，并在全廠建立計算機網絡。[關鍵詞]自動化設計集散控制系統現場總線軟件優化輔助系統

2000年上半年動力裝置設計展望

摘要：從電源設計的角度，闡述了2000年上半年電源自動化設計的問題和發展趨勢，包括現場總線的應用、物理集中和分布式控制系統的軟件優化、公共輔助系統的集中控制等。它表明，設計的關鍵是規模擴大和潛力進一步發展，以及建立一個計算機網絡和一個工廠。自動設計；分布式控制系統；現場總線；軟件輔助系統的優化

近10年來，分布式控制系統在我大型燃煤電廠得到了廣泛的應用。它以強大的功能優勢取代了常規儀器，提高了機組的控制性能，合理有效地利用了資源，使自動化水平和管理水平達到了更高的水平。面對日新月異的計算機、通信、控制和顯示技術，集散控制系統在2000年設計的新電廠中的地位和作用將發生變化。本文將探討其發展趨勢。

1現場總線的應用

現場總線(FCS)具有無可比擬的優勢，如大大減少硬件設備和安裝材料，進一步提高調控的質量和精度，促進更靈活的系統配置和更方便的操作維護等。這引起了儀表控制專家的廣泛關注，未來的工業控制將是FCS的天下。隨著2000年電廠儀表控制系統的設計，能否采用現場總線已成為先要問題。在充分考慮先進性的前提下，先先要考慮可行性。雖然FCS已經在石化、水電等行業小規模應用并積累了一些經驗，但在不久的將來作為大型燃煤電廠的主控系統還為時過早。FCS提出了十年，但是進展很慢。一方面，它涉及到幾乎每一個工業領域的現場設備和控制系統底層的互聯通訊，并且在技術、標準和行業習慣上存在很多問題，需要大量的時間、人力和物力去研究；另一方面是商業利益的再分配。1994年，FF(FieldBusFoundation)正式成立，但要創造出真正具有實用價值并得到工業廣泛認可的新一代FCS，還需要很長時間。目前，小型FCS已在安慶石化公司腈綸廠乙腈廠、吉林油田甲醇廠、揚子乙烯硫磺廠得到應用。而基于FF的Smar公司的FCS只是FF中的H1現場總線產品，也就是低速現場總線產品，只能實現一些局部的簡單回路控制，而用于大規模復雜控制的H2高速現場總線和基于H1、H2的FCS還在開發中。以CCS的功能為例，由于信息量大，相關子系統和相應參數多，聯鎖閾值復雜，即使成功的FCS已經在電廠中使用，但沒有合適的高層集中控制器、順暢快速的信息交換和有效的控制策略，很難適應現場。大型電廠的控制水平往往落后于其他行業，這與電廠的特定環境和控制特點有關。因此，在不久的將來，大型燃煤電廠的主控系統只能是集散控制系統，充分發揮其現有的特點，大力挖掘其潛在的能力，這是2000年電廠設計的研究重點。作為集散控制系統主控系統的補充，本地現場總線系統和基于現場總線的智能儀表占據著非常重要的地位。用Smar現場總線設備取代傳統的氣動基礎型調節儀表已經達到成熟的門檻，如襄樊電廠的4300MW機組和WISCO自備電廠的2200MW機組。如燃油泵房、液壓工業泵房、污水處理等輔助公共系統控制點分散，控制內容相對簡單?；诂F場總線技術的小型控制系統應用門檻較高，在這些輔助系統中采用現場總線也是一種可行的方案。因此，雖然FCS目前無法取代DCS的核心地位，但可以在小范圍內積極有效地應用，逐步積累經驗，為未來的平穩過渡打下良好的基礎。 #p#分頁標題#e#

2分散控制系統的物理分散

目前電廠中，DCS只實行職能下放，不實行實體下放。一方面，早期的DCS硬件本身環境適應性較弱；另一方面，為了方便管理和維護，用戶更愿意接受集散控制系統控制柜的集中布局方案。隨著集散控制系統技術的發展和運行水平的不斷提高，在2000年電廠采用現場總線系統之前，有效設計和采用物理分散是有效發揮集散控制系統潛力的較重要問題。根據法GEC-阿爾斯通公司提出的維斯塔(非常必要的團隊渦輪機安排)，

t)方案，傳統的集中控制樓將以DCS物理分散特性分成幾塊。以兩機一控方式為例，集中電子設備間將分成每臺機組的鍋爐電子設備間、汽輪機電子設備間；另外，在主廠房外設立一個單先的小型控制樓，其中運行員操作站通過DCS高速通信網絡與鍋爐電子設備間及汽輪機電子設備間內的控制機柜相連。鍋爐電子設備間和汽輪機電子設備間到現場的距離小于傳統的集中設備間，節省了大量儀表控制電纜。據GEC-ALSTHOM估算，VESTA方案可比常規方案節省控制電纜約35。僅此部分的安裝材料費用就可節省人民幣1000萬元，若此部分費用用來提高發電廠自動化水平，效果顯著。內推薦的8家DCS廠商已紛紛致力于開發適宜現場放置的控制機柜，有的公司已有成功的應用業績，這在物理分散方面更邁前了一步。對于機柜放置區域、機柜分散程度及設備造價、節省電纜費用和檢修維護方便等問題，還應進行平衡取舍，選出適合于具體項目的較佳方案。 作為DCS向FCS進展過程中的過渡產品遠程智能I/O，也將在2000年發電廠設計中起重要作用。除有的DCS廠商已開發出相應的遠程I/O站外，產遠程智能I/O系統已達到相當高的技術水平，在質量和性能上不比進口產品差。在近幾年工程實踐中，已有工程局部采用了DCS系統一體化和產化的遠程智能I/O設備，如鄂州電廠2×300MW機組采用DCS遠程I/O，實現了對循環水泵房的控制；陽邏二期工程2×300MW機組采用產遠程I/O系統，實現了對鍋爐壁溫、發電機定子線圈及鐵心冷卻水溫等的采集監視，均收到良好效果。遠程智能I/O的大量采用，將為DCS物理分散更趨于合理化并推進DCS向FCS發展做出貢獻。

3 DCS一體化

DCS較初進入大型燃煤電廠只是用于數據采集處理系統(DAS)和模擬量調節系統(MCS)，并逐步用于順序控制系統(SCS)，至今又基本占領了爐膛安全監控系統(FSSS)市場。DCS覆蓋以上4大功能已是目前DCS設計的基本模式。作為十分重要的汽輪機電液調節系統(DEH)目前卻存在著2種設計方式：一種是由DCS覆蓋，DEH與DCS從硬件到軟件均融合成一個整體，實現了控制系統一體化；另一種是由汽輪機廠成套提供，DEH具有先立的操作員站和操作面板。為使運行人員通過DCS便能更加全面地掌握全廠信息，有的工程將DEH通過串行口與DCS相連，構成當前普遍存在的5臺DCS操作顯示器加1臺DEH操作顯示器的單元控制室主控制臺。 對于DEH由DCS統一覆蓋還是由汽輪機廠單先配套，從爐機電單元集中控制并實現正常運行時只有一人操作的運行水平考慮，DCS覆蓋DEH在簡化系統、減少監視操作面和便于維護管理等方面具有明顯的優越性。但DEH與汽輪機具有緊密不可分的關系，DEH控制性能與汽輪機的品質相輔相成，DCS廠商很難深入到其它汽輪機廠的DEH中，外基本上均由汽輪機廠配供DEH。經多年工程實踐，目前內工程中如媽灣電廠、湘潭電廠及常熟電廠等300MW產機組，已成功地由DCS廠商實現DEH控制，且除貝利公司外，西屋公司、ABB公司和日立公司等均已具備這一能力和經驗。因此，有條件的項目采用DCS實現DEH硬件一體化是先選方案。當然，為充分保證系統可靠性，在不具備條件的情況下，不應強求DCS覆蓋DEH功能；若DEH不能與DCS實現硬件一體化，也應以DCS為主體取消DEH操作員站，通過網絡通信接口實現信息共享和人機界面共用，在操作運行層面上實現DCS一體化。這就需要DCS、DEH廠商共同開發合適的通信接口(如網關)，以實現通過DCS操作員站對DEH進行控制，取代目前僅局限于監視的串行通信接口模式。DEH與DCS通信接口的研究，將是2000年發電廠中不能實現硬件一體化前提下的一個熱點和難點。 同理，汽輪機給水泵控制系統(MEH)、旁路控制系統(BPS)、吹灰程控系統、膠球清洗程控系統及電氣除塵器程控系統等，均可由以上2種方式通過DCS操作員站進行控制，只是這些系統監控規模相對較小，與DCS接口相對簡單。#p#分頁標題#e#

4 電氣納入DCS

爐機電單元機組集中控制的提法已有多個年頭，而電氣發電機?干式變壓器組和廠用電控制納入DCS設計方案只是近幾年才提出。為從本質上實現單元值班化，協調爐機電控制水平，除發電機勵磁系統自動調節裝置(AVR)、自動準同期裝置(ASS)和廠用電快切裝置采用專用設備并與DCS接口外，2000年發電廠的發電機?干式變壓器組和廠用電納入DCS進行控制成為趨勢。發電機?干式變壓器組、單元機組廠用電與單元機組運行有密切關系，直接納入單元機組DCS順理成章，而作為公用系統的廠用電部分應考慮如何納入DCS。根據不同的DCS和工程，2臺機組公用的廠用電系統納入DCS技術方案也不同，有以下幾種方式。 方式1：廠用電公用系統DCS進入1號機組DCS某站，再由1號機組傳輸至2號機組。其顯著特點是思路簡明、造價低、容易實現。正常下的公用系統由1號機組控制，1號機組檢修時則由2號機組控制。主要缺點是在1號機組DCS檢修時，相應負責采集數據和傳輸數據的控制器不許停止運行，給檢修和運行帶來一定困難。 方式2：廠用電公用系統同時進入1、2號機組DCS。其顯著特點是2套DCS具有相同的硬件配置和軟件方案。正常運行時，由DCS軟開關閉鎖功能解決通過某一套DCS進行公用系統控制選擇。另外，該方案設計組態方便，2套DCS相一致。缺點是需要就地設備提供2套接點信號，2套DCS均要提供相應的過程I/O卡件，在設備利用上有一定浪費。 方式3：廠用電系統進入DCS公用網絡。該網絡是介于2套DCS間的一個先立網絡，通過網橋與2套DCS相連，數據可同時進入2套DCS。與前面方案一樣，通過系統軟件開關進行操作選擇。其顯著優點是單元機組與公用系統界面清楚，充分發揮了DCS網絡優勢。缺點是若控制范圍和規模較小，單先配一套公用網絡將增加費用。 此外尚有一些延伸方案，如有的DCS設立專門的控制器，由其分別進入2套DCS等。2000年發電廠DCS控制范圍擴大，控制水平提高，除電氣廠用電系統外，若將輔助工藝系統也納入DCS進行控制，則公

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